多孔电极基材、其制造方法、膜－电极接合体以及固体高分子型燃料电池技术

多孔电极基材的制造方法包括使碳短纤维(A)和纤维(b)在平面方向分散而制成前体片的工序(1)、使碳粉(C2)和氟系树脂含浸于上述前体片的工序(2)、以及在氧存在的条件下在250℃以上且低于400℃的温度对上述进行了含浸的前体片进行热处理的工序(3)，其中，所述纤维(b)含有软化点为250℃以上且低于400℃的聚合物和熔点为400℃以上的粒状物质，所述碳粉(C2)含有粉状的碳，所述氟系树脂含有氟元素和树脂成分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多孔电极基材、其制造方法、膜－电极接合体以及固体高分子型燃料电池
本专利技术涉及能够用于燃料电池等的多孔电极基材及其制造方法、含有该多孔电极基材的膜－电极接合体以及固体高分子型燃料电池。
技术介绍
以往，为了提高机械强度，设置于燃料电池的气体扩散电极基材使用由纸状的碳/碳复合体构成的多孔电极基材，该纸状的碳/碳复合体是将碳短纤维进行抄制后，用有机高分子使其粘结，将其在高温下进行煅烧使有机高分子碳化而成的(参照专利文献1)。另外，出于提高气体扩散电极基材的导电率的目的，还提出了向可碳化的树脂中添加碳粉末而得的基材(参照专利文献2)。此外，出于使气体扩散电极基材成本降低的目的，提出了将氧化短纤维进行抄制后，将其在高温下进行煅烧而使氧化短纤维碳化而成的多孔电极基材(参照专利文献3)。另外，提出了一种燃料电池用气体扩散层，其含有用于气体扩散电极基材的、含有大量碳纤维的垫片；以及被编入到该碳纤维垫片的多个腈纶浆粕纤维(acrylicpulpfilber)，该腈纶浆粕纤维在被编入到碳纤维垫片之后被固化、碳化(参照专利文献4)。另外，出于使电极基材成本降低的目的，提出了利用分割纤维将碳短纤维间粘结的未碳化的多孔电极基材的制造方法，所述分割纤维具有由接触角为80°以上的疏水性物质和导电性物质构成的原纤部(参照专利文献5)。此外，作为气体扩散电极基材，提出了一种多孔电极基材，其具备未经石墨化处理的碳纤维的无纺布网状组织和配置于上述无纺布网状组织内的石墨粒子与疏水性聚合物的混合物，上述石墨粒子的至少90％的最长尺寸低于100μm(参照专利文献6)。现有技术文献专利文献专利文献1:国际公开第2001/056103号小册子专利文献2:日本特开2006－143478号公报专利文献3:国际公开第2002/042534号小册子专利文献4:日本特开2007－273466号公报专利文献5:日本特开2004－363018号公报专利文献6:日本特表2008－503043号公报
技术实现思路
但是，专利文献1中公开的多孔电极基材(多孔碳电极基材)虽然具有充分的气体透气度和导电性，但由于制造工序复杂，所以存在制造成本增高的趋势。专利文献2中公开的多孔电极基材虽然在机械强度、表面平滑性以及气体透气度方面具有优异的性质，并且通过添加碳粉末而提高了导电性，但由于制造工序复杂，所以存在制造成本增高的趋势。专利文献3中公开的碳纤维片(多孔电极基材)虽然能够降低成本，但采用该文献记载的制造方法时有时煅烧时的收缩大，有时得到的多孔电极基材的厚度不均匀、片的起伏大。若多孔电极基材发生收缩、厚度不均，则根据基材的位置而性能变得不均匀，品质降低。并且，如果多孔电极基材的起伏变大，则在燃料电池内与其它部件的接触变得不充分，产生燃料电池的性能和耐久性降低这样的问题。专利文献4中公开的多孔电极基材虽然能够降低成本，但使用的腈纶浆粕有时碳化时的碳化率低，为了提高操作性，需要添加大量的腈纶浆粕。专利文献5中公开的多孔电极基材虽然在制造过程中没有碳化工序而能够大幅降低成本，但有时粘结碳短纤维间的具有由疏水性物质和导电性物质构成的原纤部的分割纤维的导电性不充分，有时多孔电极基材的导电性低。专利文献6中公开的多孔电极基材由碳短纤维、碳粉和氟系树脂形成，由于在制造过程中能够省略在高温下进行煅烧的碳化工序所以能够降低成本，但没有粘结碳短纤维的成分，为了提高片强度和厚度方向的导电性而需要大量碳粉和氟系树脂，存在难以兼得导电性和气体扩散性这样的问题。本专利技术的目的是克服如上所述的问题点，提供片强度大、具有充分的气体透气度和导电性、且制造成本低的多孔电极基材及其制造方法。另外，本专利技术的另一个目的是提供使用了该多孔电极基材的膜－电极接合体和固体高分子型燃料电池。本专利技术人等发现通过以下的专利技术[1]～[20]解决了上述课题。[1]一种多孔电极基材的制造方法，其特征在于，包括使碳短纤维(A)和纤维(b)在平面方向分散而制成前体片的工序(1)、使碳粉(C2)和氟系树脂含浸于上述前体片的工序(2)、以及在氧存在的条件下在250℃以上且低于400℃的温度对上述进行了含浸的前体片进行热处理的工序(3)，其中，上述纤维(b)含有软化点为250℃以上且低于400℃的聚合物和熔点为400℃以上的粒状物质，上述碳粉(C2)含有粉状的碳，上述氟系树脂含有氟元素和树脂成分。[2]根据上述[1]所述的制造方法，其特征在于，在上述工序(1)与上述工序(2)之间还包括进行交织处理的工序(4)，即，通过对上述前体片的上述纤维施加外力而形成上述纤维相互缠结而成的三维交织结构。[3]根据上述[1]所述的制造方法，其特征在于，在上述工序(1)与工序(2)之间还包括将上述前体片在低于200℃进行加热、以20kPa～10MPa的压力进行加压的加热加压成型的工序(5)。[4]根据上述[2]所述的制造方法，其特征在于，在上述工序(4)与上述工序(2)之间还包括将上述前体片在低于200℃进行加热、以20kPa～10MPa的压力进行加压的加热加压成型的工序(5)。[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的制造方法，其特征在于，在上述工序(2)与上述工序(3)之间还包括将上述前体片在70℃以上且低于150℃的温度进行干燥处理的工序(6)。[6]根据上述[1]～[5]中任一项所述的制造方法，其特征在于，上述纤维(b)是通过上述热处理而被氧化的氧化纤维前体短纤维(b1)。[7]根据上述[1]～[6]中任一项所述的制造方法，其特征在于，上述纤维(b)是具有芯部和从上述芯部分支出纤维的原纤部的原纤状氧化纤维前体纤维(b2)。[8]根据上述[1]～[7]中任一项所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，上述粒状物质为含有碳的碳粉(C1)。[9]根据上述[8]所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，上述碳粉(C1)为炭黑。[10]根据上述[1]～[9]中任一项所述的制造方法，其特征在于，上述碳粉(C2)含有炭黑或者石墨粉。[11]根据上述[1]～[10]中任一项所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。[12]一种多孔电极基材，是用上述[1]～[11]中任一项所述的制造方法制造的。[13]一种多孔电极基材，其特征在于，具备碳短纤维(A)、氧化纤维(B)、碳粉(C2)以及氟系树脂，上述氧化纤维(B)含有软化点为250℃以上且低于400℃的聚合物和熔点为400℃以上的粒状物质，上述碳粉(C2)含有粉状的碳，上述氟系树脂含有氟元素和树脂成分，该多孔电极基材具有上述碳短纤维(A)介由上述氧化纤维(B)相互接合而成的部位。[14]根据上述[13]所述的多孔电极基材，其特征在于，还具有上述碳短纤维(A)介由上述氟系树脂相互接合而成的部位。[15]根据上述[13]或[14]所述的多孔电极基材，其特征在于，还具有上述碳短纤维(A)与上述氧化纤维(B)利用上述氟系树脂相互接合而成的部位。[16]根据上述[13]～[15]中任一项所述的多孔电极基材，其特征在于，将上述多孔电极基材以成为纵250mm横250mm的方式静置在平板上时，距平板的高度的最大值与最小值的差为2mm以下。[17]根据上述[12]～[16]中任一项所述的多孔电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔电极基材的制造方法，其特征在于，包括如下工序：工序(1)，使碳短纤维(A)和纤维(b)在平面方向分散而制成前体片，所述纤维(b)含有软化点为250℃以上且低于400℃的聚合物和熔点为400℃以上的粒状物质，工序(2)，使碳粉(C2)和氟系树脂含浸于所述前体片，所述碳粉(C2)含有粉状的碳，所述氟系树脂含有氟元素和树脂成分，工序(3)，在氧存在的条件下，在250℃以上且低于400℃的温度对所述进行了含浸的前体片进行热处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.20 JP 2012-1613621.一种多孔电极基材的制造方法，其特征在于，包括如下工序：工序(1)，使碳短纤维(A)和纤维(b)在平面方向分散而制成前体片，所述纤维(b)含有软化点为250℃以上且低于400℃的聚合物和熔点为400℃以上的粒状物质，工序(2)，使碳粉(C2)和氟系树脂含浸于所述前体片，所述碳粉(C2)含有粉状的碳，所述氟系树脂含有氟元素和树脂成分，工序(3)，在氧存在的条件下，在250℃以上且低于400℃的温度对所述进行了含浸的前体片进行热处理。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述工序(1)与所述工序(2)之间还包括进行交织处理的工序(4)，即，通过对所述前体片的所述纤维施加外力而形成所述纤维相互缠结而成的三维交织结构。3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述工序(1)与工序(2)之间还包括将所述前体片在低于200℃进行加热、以20kPa～10MPa的压力进行加压的加热加压成型的工序(5)。4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，在所述工序(4)与所述工序(2)之间还包括将所述前体片在低于200℃进行加热、以20kPa～10MPa的压力进行加压的加热加压成型的工序(5)。5.根据权利要求1～4中任1项所述的制造方法，其特征在于，在所述工序(2)与所述工序(3)之间还包括将所述前体片在70℃以上且低于150℃的温度进行干燥处理的工序(6)。6.根据权利要求1～4中任1项所述的制造方法，其特征在于，所述纤维(b)是氧化纤维前体短纤维(b1)，所述氧化纤维前体短纤维(b1)能够通过所述工序(3)的热处理而被氧化。7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述纤维(b)是氧化纤维前体短纤维(b1)，所述氧化纤维前体短纤维(b1)能够通过所述工序(3)的热处理而被氧化。8.根据权利要求1～4中任1项所述的制造方法，其特征在于，所述纤维(b)是具有芯部和从所述芯部分支出纤维的原纤部的原纤状氧化纤维前体纤维(b2)。9.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述纤维(b)是具有芯部和从所述芯部分支出纤维的原纤部的原纤状氧化纤维前体纤维(b2)。10.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述纤维(b)是具有芯部和从所述芯部分支出纤维的原纤部的原纤状氧化纤维前体纤维(b2)。11.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述纤维(b)是具有芯部和从所述芯部分支出纤维的原纤部的原纤状氧化纤维前体纤维(b2)。12.根据权利要求1～4中任1项所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述粒状物质为含有碳的碳粉(C1)。13.根据权利要求5所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述粒状物质为含有碳的碳粉(C1)。14.根据权利要求6所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述粒状物质为含有碳的碳粉(C1)。15.根据权利要求7所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述粒状物质为含有碳的碳粉(C1)。16.根据权利要求8所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述粒状物质为含有碳的碳粉(C1)。17.根据权利要求9所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述粒状物质为含有碳的碳粉(C1)。18.根据权利要求10所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述粒状物质为含有碳的碳粉(C1)。19.根据权利要求11所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述粒状物质为含有碳的碳粉(C1)。20.根据权利要求12所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C1)为炭黑。21.根据权利要求13所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C1)为炭黑。22.根据权利要求14所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C1)为炭黑。23.根据权利要求15所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C1)为炭黑。24.根据权利要求16所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C1)为炭黑。25.根据权利要求17所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C1)为炭黑。26.根据权利要求18所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C1)为炭黑。27.根据权利要求19所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C1)为炭黑。28.根据权利要求1～4中任1项所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。29.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。30.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。31.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。32.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。33.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。34.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。35.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。36.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。37.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。38.根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。39.根据权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。40.根据权利要求16所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。41.根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。42.根据权利要求18所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。43.根据权利要求19所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。44.根据权利要求20所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。45.根据权利要求21所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。46.根据权利要求22所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。47.根据权利要求23所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。48.根据权利要求24所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。49.根据权利要求25所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。50.根据权利要求26所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。51.根据权利要求27所述的制造方法，其特征在于，所述碳粉(C2)含有炭黑或石墨粉。52.根据权利要求1～4中任1项所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。53.根据权利要求5所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。54.根据权利要求6所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。55.根据权利要求7所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。56.根据权利要求8所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。57.根据权利要求9所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。58.根据权利要求10所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。59.根据权利要求11所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。60.根据权利要求12所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。61.根据权利要求13所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。62.根据权利要求14所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。63.根据权利要求15所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。64.根据权利要求16所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。65.根据权利要求17所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。66.根据权利要求18所述的多孔电极基材的制造方法，其特征在于，不包括在1000℃以上进行碳化的工序。67.根据权利要求19所述的多孔电...

【专利技术属性】
技术研发人员：隅冈和宏，
申请(专利权)人：三菱丽阳株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP